基于喷水强度均匀分布的多级阻尼集管设计

D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.05.0M7 第25卷第5期 北京科技大学学报 Vol.25 No.5 2003年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2003 基于喷水强度均匀分布的多级阻尼集管设计 朱启建2，)李谋渭) 金永春)孙凤花列 1)清华大学，北京1000842)首钢技术研究院，北京100041 3)山东科技大学，泰安2710194)北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要利用计算流体动力学(CFD)和有限元数值模拟方法(FEM),研究了阻尼板数量和阻 尼孔布置方式对集管管内流动和喷水强度分布的影响，对无阻尼板、一道阻尼板对称结构、 两道阻尼板对称结构、一道阻尼板非对称结构等四种集管阻尼形式的喷水强度及其偏差进 行了比较，两道阻尼板对称结构阻尼的集管喷水强度相对偏差最小， 关键词层流冷却：控冷：集管：数值模拟 分类号TG333.71 集管是中厚板高密度管层流无约束淬火与 喷水强度q=2q/(L-+L),其中9，为喷嘴流量. 控冷系统的关键部件，其功用是将总管进来的常 q表示喷嘴处集管单位长度上的喷水流量. 压水合理地分配到各个喷嘴，从而实现所要求的 喷水强度绝对偏差△q,=(Σ(q-2)2,Q.为 板宽方向上的喷水强度分布和出口水流速度要 所期望的喷水强度分布，若所期望的喷水强度分 求，若集管设计不当，喷水强度分布不合理，钢板 布为等强度，分布，则2=片三m为喷隋个数。 会冷却不均，变形不均，极容易造成瓢曲，因 △qa 此，集管设计是实现管层流无约束淬火与控冷的 喷水强度相对偏差△q= 关键.本文利用有限元数值模拟方法，研究了阻 尼对集管管内流动和喷水强度分布的影响，提出 2集管管内流体流动的数值模拟四 了基于喷水强度均匀分布的多级阻尼集管设计 在钢板进入冷却区之前，水流应达到稳定状 技术，取得了理想的设计效果 态，这样才能保证钢板的头部和尾部经历同等强 度的喷水过程.所以，研究集管内流体流动可以 1集管结构及其喷水强度的定义 不考虑初始瞬态过渡过程，只作稳态流场分析 集管由集箱、阻尼管、阻尼板和喷嘴等几部 对于集管中的流体一一水，其温度基本保持不 分组成，在不影响本文思想的情况下，为讨论和 变，可压缩性也可以忽略，即认为T,p为常数.因 模拟方便，暂且取喷嘴个数为9，将集管简化为如 此，集管管内流体的流动可视为定常不可压缩粘 图1所示的结构.其中，d,%和d,(=l,2,,9)分 性流体流动，其控制方程只有连续性方程和运动 别表示集管进水口和喷嘴出水口的直径、流速， 方程 L和L,分别表示集管总长度和喷管间距， 对于集管内流体流动问题，其边界条件有集 定义集管喷水强度和喷水强度偏差的概念， 管进口、喷嘴出口和壁面三种边界条件 考虑到进口水流已经过较长直管段的充分 do,Vo 发展，可认为进口流速均匀分布.所以集管进口 边界条件为：铃毒口=，独行进n=0. 喷嘴出口流速是未知的，也是要求解的，但 出口压力为已知，即大气压力.所以，若采用相对 图1集管结构示意图 压力，喷嘴出口边界条件确定为：Pn0, Fig.1 Diagrammatic sketch of the header 固体壁面边界条件：南=0，*=0. 收稿日期200206-27朱启建男，36岁，副教授，博士

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 基于 喷水强度均 匀分布的多级阻尼集管设计 朱启 建 ‘ ， ’ ， 李谋 渭 ‘ ， 金永春 ” 孙凤花 ” 清 华 大学 ， 北 京 首钢 技术研 究 院 ， 北 京 山 东科 技 大学 ， 泰安 北京 科技大 学机 械 工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 利 用 计 算 流 体动 力 学 和 有 限 元 数 值模拟 方 法 ， 研 究 了 阻 尼 板 数 量 和 阻 尼 孔 布 置 方 式 对 集 管 管 内流 动 和 喷 水 强 度 分布 的影 响 对 无 阻 尼 板 、 一 道 阻 尼 板 对 称 结构 、 两 道 阻 尼 板 对 称 结构 、 一 道 阻 尼 板 非对 称 结构 等 四种 集 管阻 尼 形 式 的喷 水 强度 及 其 偏 差 进 行 了 比 较 ， 两 道 阻 尼 板 对 称 结 构 阻尼 的集 管 喷 水 强 度 相 对偏 差 最 小 关键 词 层 流 冷 却 控 冷 集管 数值 模 拟 分 类号 集 管 是 中 厚 板 高 密度 管 层 流 无 约 束 淬 火 与 控 冷 系统 的关键 部件 ， 其 功用 是 将 总管 进 来 的常 压 水合 理 地 分 配 到 各个 喷 嘴 ， 从 而 实现所 要 求 的 板 宽方 向上 的 喷 水 强度 分 布 和 出 口 水 流 速 度 要 求 若集 管 设计 不 当 ， 喷 水 强度 分 布 不 合 理 ， 钢 板 会 冷 却 不 均 ， 变 形 不 均 ， 极 容 易造 成 瓢 曲 ’ 因 此 ， 集 管 设计 是 实现 管层 流 无 约束 淬 火 与控 冷 的 关键 本 文 利 用 有 限元 数 值模 拟 方 法 ， 研 究 了 阻 尼 对 集 管管 内流 动和 喷水 强度 分布 的影 响 ， 提 出 了基 于 喷 水 强 度 均 匀 分 布 的 多 级 阻 尼 集 管 设 计 技 术 ， 取 得 了理 想 的设 计 效 果 喷 水 强度 ， 酬 一 〕 ， 其 中 为喷 嘴 流 量 争‘表 示 喷嘴 处 集 管 单 位 长 度 上 的喷 水 流 量 喷 水 强 度 绝 对 偏 差 △ ， 艺体 一 丁 ’ ， 为 所 期 望 的喷 水 强度 分布 若所 期 望 的喷水 强度 分 布 为等 强度 分 布 ， 则 一 青鑫 如 ， 。 为 喷 嘴个 数 · ‘ ， 。 ‘ 、 ‘ 、 ，。 二 、 全星乞 喷 水 强 度 相 对 偏 差△ 书子 乞 ， 、 “ 仄 ‘ ，目 叼 啊 压 一， ‘ ‘ 集 管 结 构 及 其 喷水 强 度 的 定 义 集 管 由集 箱 、 阻 尼 管 、 阻 尼 板 和 喷 嘴 等 几 部 分 组 成 在 不 影 响本 文 思 想 的情 况 下 ， 为讨 论 和 模 拟 方 便 ， 暂 且取 喷 嘴 个 数 为 ， 将集 管简化 为如 图 所 示 的结 构 其 中 ， ， 和 试 ， ， ， ，… ， 分 别 表 示 集 管进 水 口 和 喷 嘴 出水 口 的直 径 、 流速 ， 和 ， 分 别 表 示 集 管 总 长度 和 喷 管 间距 定义 集 管 喷 水 强 度 和 喷 水 强 度偏 差 的概念 ， 巧 少 吟 气 图 集管结 构示 意 图 集 管管 内流体 流 动 的数值模 拟 ‘ 在钢 板 进 入 冷 却 区之 前 ， 水 流应 达 到 稳 定状 态 ， 这 样 才 能保 证 钢 板 的头 部 和 尾 部 经 历 同等 强 度 的喷 水 过 程 所 以 ， 研 究 集 管 内流 体 流 动 可 以 不 考 虑 初 始 瞬 态 过 渡 过 程 ， 只 作 稳 态 流 场 分 析 对 于 集 管 中 的 流 体 — 水 ， 其 温 度 基 本 保 持 不 变 ， 可 压 缩 性 也 可 以忽 略 ， 即 认 为 ， 为 常 数 因 此 ， 集 管管 内流 体的流 动 可 视 为 定 常不 可 压缩粘 性 流 体 流 动 ， 其 控 制 方 程 只 有连 续 性 方程 和运 动 方 程’ ， 对 于 集 管 内流 体 流 动 问题 ， 其 边 界 条件 有 集 管进 口 、 喷 嘴 出 口 和 壁 面 三 种 边 界 条 件 考 虑 到 进 口 水 流 己 经 过 较 长 直 管 段 的 充 分 发展 ， 可 认 为进 口 流速 均 匀 分 布 所 以集 管进 口 边 界 条件 为 进 。 ，竹 。 迸 。 喷 嘴 出 口 流速 是 未 知 的 ， 也 是 要 求解 的 ， 但 出 口 压 力 为 己知 ， 即大 气 压 力 所 以 ， 若采用 相对 压 力 ， 喷 嘴 出 口 边 界 条件 确 定 为 刘。 出 口 ， 固体 壁 面 边 界 条 件 、 ， 二 ， 恤 、 二 习乙 丽 几 ，阮 收稿 日期 一 一 朱启 建 男 ， 岁 ， 副教授 ， 博 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2003．05．047

·470 北京科技大学学报 2003年第5期 鉴于集管几何模型比较规则，所以采用四边 列出的统计结果， 形单元映射网格.在划分网格时，将喷嘴处的网 从速度矢量图和表1中数据可以看出，在无 格加密，以获得较高的求解精度.图2为无阻尼 阻尼板情况下，从集管入口端到封闭端呈现喷嘴 板集管管内流体流动的速度矢量图，所用集管参 流速越来越大的态势，喷嘴之间的流速差别较 数为：d6=0.10m,d=0.020m(i=1,2,…,9),L=L= 大，沿集管长度方向喷水量分布极为不均，喷水 0.142m,L=0.152m(i=1,2,,8),L=1.5m,%=2.0m/s. 强度绝对偏差△q,=0.1181ms,相对偏差达到 依据喷水强度及其偏差的定义，可得表1中 △q=0.8245. 0.272 0.544 0.816 1.088 1.360 1.632 1.905 2.177 2.488 图2无阻尼板集管管内流动的速度矢量图 Fig.2 Velocity vectors plot of flow in the header without any damping plate 表1无阻尼板集管各喷嘴处的喷水强度 Tablel Water spraying intensities for the header without any damping plate 喷嘴编号 2 3 4 6 1 8 9 ./(ms) 0.556 0.731 0.8601.001 1.2161.289 1.346 1.387 1.424 g./(dm'.s) 10.92 14.62 17.20 20.01 24.32 25.79 26.91 27.73 28.47 9./(m2.s） 0.072 0.0960.1130.132 0.160 0.1700.177 0.1820.187 3阻尼板对集管喷水强度分布的 32两道阻尼板对称结构形式 影响 两道阻尼板对称结构形式是指在集管入口 和喷嘴之间设置两道多孔阻尼板.阻尼板孔对称 31一道阻尼板对称结构形式 分布，阻尼板孔间距与喷嘴间距相等，设靠近集 一道阻尼板结构形式是指在集管入口和喷 管入口的阻尼板孔数为9，孔径为0.008m,间距 嘴之间设置一道多孔阻尼板.所谓对称，是指阻 为0.152m:靠近喷嘴的阻尼板孔数为10，孔径为 尼板孔对称分布于喷嘴之间，阻尼板孔间距与相 0.008m,间距为0.152m;其余参数一道阻尼板对 对应喷嘴间距相等.设阻尼板孔个数为10，孔径 称结构集管相同，得到数值模拟结果如图4所示， 为0.008m,间距为0.152m,其余参数与无阻尼板 各喷嘴处的喷水强度列于表3中.喷水强度绝对 情况相同.得到数值模拟结果如图3所示，各喷 偏差△q,=0.0217m/s,相对偏差△q.=0.1511. 嘴处的喷水强度列于表2中.喷水强度绝对偏差 33一道阻尼板非对称结构形式 △q,=0.0576ms,相对偏差△9=0.4022. 道阻尼板非对称结构形式与对称结构形 0.455 0.910 1.365 1.820 2.275 2.730 3.185 3.641 4.161 图3一道阻尼板对称结构形式集管管内流场的速度等值云图 Fig.3 Cotour of velocity field in the header with one symmetric damping plate

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 鉴 于 集 管几 何 模 型 比较 规 则 ， 所 以采 用 四边 形 单 元 映射 网格 在 划 分 网格 时 ， 将 喷 嘴 处 的 网 格 加 密 ， 以获 得 较 高 的求 解 精 度 图 为 无 阻 尼 板 集 管管 内流 体 流 动 的速 度 矢 量 图 所 用 集 管参 数 为 ， 试 ， ， … ， ， 。 ， 产 ， ，… ， ， ， 依 据 喷水 强 度 及 其 偏 差 的定 义 ， 可 得 表 中 列 出 的统 计 结 果 从 速 度 矢 量 图和 表 中数 据 可 以看 出 ， 在 无 阻尼 板 情 况 下 ， 从 集 管入 口 端 到封 闭端 呈 现 喷 嘴 流 速 越 来 越 大 的态 势 ， 喷 嘴 之 间 的流 速 差 别 较 大 ， 沿 集 管 长 度 方 向喷 水 量 分 布 极 为 不 均 ， 喷水 强 度 绝 对 偏 差 ， ， 相 对 偏 差 达 到 △ ， 姗撤布 棘静鬓撇黝料 图 无 阻 尼 板 集管管 内流 动 的二速 度 矢 量 图 表 无 阻 尼 板 集 管各 喷嘴 处 的 喷水强 度 喷 嘴编 号 从 · 一 ’ ， · 一 ’ 叼 ， ， · 一 ’ 阻 尼 板 对 集 管 喷 水 强 度 分 布 的 影 响 一 道 阻 尼 板 对 称 结 构 形 式 一 道 阻 尼 板 结 构 形 式 是 指 在 集 管 入 口 和 喷 嘴 之 间设 置 一 道 多孔 阻 尼 板 所 谓 对 称 ， 是 指 阻 尼 板 孔 对 称 分 布 于 喷 嘴 之 间 ， 阻 尼 板 孔 间距 与 相 对 应 喷 嘴 间距 相 等 设 阻 尼 板 孔 个 数 为 ， 孔 径 为 ， 间距 为 ， 其 余 参 数 与 无 阻尼 板 情 况 相 同 得 到数 值 模 拟 结 果 如 图 所 示 ， 各 喷 嘴 处 的喷 水 强度 列 于 表 中 喷 水 强度 绝 对 偏 差 叮 ， ， ，相 对 偏 差△， ， 两 道 阻 尼 板 对 称 结 构 形 式 两 道 阻 尼 板 对 称 结 构 形 式 是 指 在 集 管 入 口 和 喷 嘴 之 间设 置 两 道 多孔 阻 尼 板 阻尼 板 孔 对 称 分 布 ， 阻 尼 板 孔 间距 与 喷 嘴 间距 相 等 设靠 近 集 管 入 口 的 阻 尼 板 孔 数 为 ， 孔 径 为 ， 间距 为 靠 近 喷 嘴 的 阻 尼 板 孔 数 为 ， 孔 径 为 ， 间距 为 其 余 参 数 一 道 阻 尼 板对 称 结 构 集 管相 同 ， 得 到 数值模拟 结果 如 图 所 示 ， 各 喷 嘴处 的喷 水 强度 列 于 表 中 喷 水 强 度 绝 对 偏 差△叮 ， ， ， 相 对 偏 差 △叮 ，， 一 道 阻 尼 板 非 对 称 结构 形 式 一 道 阻 尼 板 非 对 称 结 构 形 式 与 对 称 结 构 形 尸麟翼黝哪墓粼跳叭 一 口 一产 霎撇撇撇翔 图 一 道 阻 尼 板 对 称 结构 形 式 集管管 内流场 的速 度 等值 云 图

Vol.25 No.5 朱启建等：基于喷水强度均匀分布的多级阳尼集管设计 ·471· 式的差别在于阻尼板孔与喷嘴的相对位置.非对 孔个数为11，孔径为0.008m,间距为0.125m,其余 称形式阻尼板孔间距沿集管长度方向均匀分布， 参数与对称形式相同.，得到数值模拟结果如图5 这样就会造成有的喷嘴距阻尼板孔较近，有的则 所示，各喷嘴处的喷水强度列于表4中.喷水强度 较远，甚至有的喷嘴与阻尼板孔正对.设阻尼板 绝对偏差△q.=0.0968ms,相对偏差△q.=0.6755. 表2一道阻尼板对称结构形式集管各喷嘴处的喷水强度 Table 2 Water spraying intensities for the header with one symmetric damping plate 喷嘴编号 1 3 4 5 6 7 v./(m.s-) 1.0140.9170.9941.0451.0921.1931.3081.3250.914 q./(dm'.s-) 20.2818.3319.8720.9021.8423.8626.1626.5118.27 9./(m2·s) 0.1330.1210.1310.1370.1440.1570.1720.1740.120 0 0.493 0.986 1.479 1.972 2.465 2.958 3.451 3.944 4.507 图4两道阻尼板对称结构形式集管管内流场的速度等值云图 Fig.4 Cotour of velocity field in the header with two symmetric damping plates 表3两道阻尼板对称结构形式集管各喷嘴处的喷水强度 Table 3 Water spraying intensities for the header with two symmetric damping plate 喷嘴编号 2 3 5 6 1 8 v./(m.s- 1.063 1.0321.030 1.0481.066 1.0881.116 1.155 1.201 q./(dm'.s-) 21.26 20.63 20.6120.9521.32 21.76 22.32 23.10 24.01 g./(m·s') 0.140 0.136 0.1360.1380.1400.143 0.1460.152 0.158 0.429 0.857 1286 1.715 2.144 2.572 3.001 3.430 3.920 图5一道阻尼板非对称结构形式集管管内流场的速度等值云图 Fig.5 Cotour of velocity field in the header with one non-symmetric damping plate 表4一道阻尼板非对称结构形式集管各喷嘴处的喷水强度 Table 4 Water spraying intensities for the header with one non-symmetric damping plate 喷嘴编号 2 3 4 5 6 7 8 9 v,/(m-s-) 1.0220.7730.812 0.939 1.4351.1361.072 1.0571.552 q./(dm'.s) 20.4415.45 16.25 18.7728.7022.7321.4421.44 31.03 9./(m2s） 0.1340.1020.1070.1240.1890.1500.1410.1390.204 4多级阻尼集管设计技术 越大.增加一道板孔对称布置的阻尼板后，喷水 强度相对偏差减小(0.4022)，若不计集管两端喷 图6为无阻尼板和三种有阻尼板集管喷水强 嘴处的喷水强度，喷水强度分布也呈从左到右逐 度分布曲线的对比.可以看出，无阻尼板集管喷 渐增加的态势.设置两道板孔对称布置的阻尼板 水强度偏差最大，相对偏差达到0.8245，喷水强 后，喷水强度相对偏差继续减小，降至0.1515，喷 度从左（集管入水口端）到右（集管封闭端）越来 水强度分布虽仍呈从左到右逐渐增加的态势，但

朱启 建 等 基 于 喷 水 强 度均 匀 分 布 的 多级 阻 尼 集管 设 计 · · 式 的差 别 在 于 阻 尼 板 孔 与 喷 嘴 的相 对 位 置 非 对 孔 个数 为 ， 孔 径 为 ， 间距 为 ， 其余 称 形 式 阻 尼 板 孔 间距 沿 集 管 长 度 方 向均 匀 分 布 ， 参 数 与对 称 形 式 相 同 ， 得 到 数值 模 拟 结 果 如 图 这 样 就 会 造 成 有 的喷 嘴 距 阻 尼 板 孔 较 近 ， 有 的则 所 示 ， 各 喷 嘴 处 的喷水 强度 列 于 表 中 喷 水 强度 较 远 ， 甚 至 有 的 喷 嘴 与 阻 尼 板 孔 正 对 设 阻 尼 板 绝 对 偏 差 △ 一 ， 相 对 偏 差 △ ， 表 一 道 阻 尼 板 对 称 结 构 形 式 集管各 喷嘴 处 的 喷水 强 度 喷 嘴 编 号 · 一 ’ ， · 一 ， 叮 ， ， · 一 ， 阮毛含 韶研耘痴菇云面丽藉蔽蔽灵 俪燕而蔽石蔽冬百石茱采 镶石东砚不赢菇 辨鳞 粼弊矍 图 两 道 阻 尼 板 对称 结 构 形 式 集 管 管 内流 场 的 速 度 等值 云 图 叮 表 两 道 阻 尼 板 对 称 结 构 形 式 集管 各 喷嘴 处 的 喷水 强 度 喷 嘴 编 号 · 一 ’ 叮 ， · ， · 八、尹 」 一 翼黝 馨撇黝…薰掣 纂薰嘿黔霆赢耀 摹摧 鬓髓 撇粼翼弊羹夔矍塾鑫戮矍纂、矍 一 粼黔 臀豪戴辫奉鑫 脚撰翼缨缨墓羹然洲 是靡瓢瓣薰黝 图 一 道 阻 尼 板 非 对 称 结构 形 式 集 管管 内流 场 的速 度 等值 云 图 一 表 一 道 阻 尼 板 非 对 称 结 构 形 式 集 管各 喷 嘴 处 的 喷水 强 度 台 一 喷 嘴编 号 · 一 ’ 叮 ， · 一 ’ 。 ， · 一 ‘ ， 多级 阻 尼 集 管设 计 技 术 图 为 无 阻 尼 板 和 三 种 有 阻 尼 板 集 管 喷水 强 度 分 布 曲线 的对 比 可 以看 出 ， 无 阻 尼 板 集 管 喷 水 强度 偏 差 最 大 ， 相 对 偏 差 达 到 ， 喷 水 强 度 从左 集 管入 水 口 端 到 右 集 管封 闭端 越 来 越 大 增 加 一 道 板 孔 对 称 布 置 的 阻 尼 板 后 ， 喷 水 强度 相 对 偏 差 减 小 ， 若 不 计 集 管 两 端 喷 嘴 处 的喷 水 强 度 ， 喷 水 强度 分 布 也 呈 从 左 到 右 逐 渐 增 加 的态 势 设 置 两 道 板 孔对 称 布 置 的 阻尼 板 后 ， 喷 水 强度 相 对 偏 差 继 续减 小 ， 降至 ， 喷 水 强度 分 布 虽 仍 呈 从 左 到 右 逐 渐 增 加 的态 势 ， 但

·472· 北京科技大学学报 2003年第5期 变化已非常平缓，说明阻尼板对提高各喷嘴速度 在设置多级阻尼的基础上，还以喷水强度偏 的均匀性，对集管长度方向上的喷水强度分布影 差最小为目标，以喷嘴直径、喷嘴间距、阻尼板孔 响巨大，在集管内设置多级阻尼板是解决钢板板 径、阻尼板孔间距等参数为决策变量进行了集管 宽方向上的喷水强度分布问题的有效方法， 参数优化设计，取得了满意的设计效果". 另一方面，阻尼板开孔的位置或布置方式 要非常讲究，它对喷水强度分布的影响也是显著 5结语 的.如道阻尼板非对称结构形式的集管，其喷 水强度相对偏差仍高达0.6755，尽管低于无阻尼 基于喷水强度均匀分布的多级阻尼集管设 计技术，已在多套中厚板管层流无约束淬火与控 板时的偏差，但远远大于一道阻尼板对称结构形 式的偏差，这种布置方式的结果是，射流出口速 冷系统的集管设计中获得应用，集管喷水强度相 对偏差小于5%，这对保证钢板冷却均匀性和平 度差异较大，射流喷射高度参差不齐因此，在集 直度，保证钢板性能与质量是至关重要的， 管设计时，不仅要设置阻尼板结构，还要考虑合 理的阻尼板孔布置方式. 参考文献 在集管内设置多级阻尼板，势必增加水路 1朱启建，赵水忠，李谋渭，中厚板无约束淬火机集 阻力因此，为了保证集管通流流量，在系统设计 符流场数值摸拟与参数优化设[U.冶金设备，2001， 时应根据集管阻尼情况，适当加大水箱标高，以 5:35 补偿集管阻尼板带来的阻力损失， 2王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的 实线[M.西安：西北工业大学出版社，2000 3张也影.流体力学M北京：高等教育出版社，2000 0.20 4 Miao Z Q,Wang E 1,Tian Z P.A research on the single 0.16 phase fluid flow characteristic in power plant boiler distri- 0.12 buting header system [J].Power Eng,1998,1:43 0.08 ·一无阻尼板结构 5赵永忠，朱启建，李谋滑.中厚板控冷过程有限元模 一一道阻尼板对称结构 拟及控冷技术在生产中的应用[仍冶金设备，2001， 0.04 一两道阻尼板对称结构 6:12 道阻尼板非对称结构 6王有铭，李曼云，韦光.钢材的控制轧制与控制冷 4 6 0 却[M).北京：冶金工业出版社，1995 喷嘴序号 图6不同阻尼板集管的喷水强度分布曲线 7朱启建，李谋滑，赵永忠，等.中厚板无约来淬火机 Fig.6 Water spraying intensity distributtions of different 水循环系统的动态平衡分析与模拟.冶金设备， type of damping plates 2002,1:15 Design Technologies of Multistage Damping Header for Uniform Distribution of Water Spraying Intensity ZHU Qijian,LI Mouwe,JIN Yongchun,SUN Fenghua 1)Tsinghua University,Beijing 100084,China 2)Shougang Technical Research Institute,Beijing 100041,China 3)Shandong University of Science and Technology,Taian 271019,China 4)University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,CHina ABSTRACT Based on FEM(Finite Element Method)and CFD(Computational Fluid Dynamics),the effect of the number of damping plates and the distribution of damping orifice on the inner flow field and water spraying in- tensity distribution was studied.The water spraying intensity and it's deviation was compared among four kinds of headers,such as the header without damping plates,the header with one symmetric damping plate,the header with two symmetric damping plates,and the header with one non-symmetric damping plate.The result shows that the relative deviation of water spraying intensity of the header with two symmetric damping plates is the least one. KEY WORDS laminar cooling;cooling control;header;numerical simulation

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 变 化 已 非 常 平缓 说 明阻 尼板 对 提 高各 喷嘴速度 的均匀性 ， 对 集 管长度方 向上 的喷水 强度 分布 影 响 巨大 在 集 管 内设 置 多级 阻尼板 是解 决钢 板板 宽方 向 二的喷 水 强度 分 布 问题 的有 效 方法 另 一 方 面 ， 阻 尼 板 开 孔 的位 置 或 布 置 方 式 要 非 常 讲究 ， 它刘 ‘ 喷水 强度 分布 的影 响 也是 显 著 的 如 道 阻 尼 板 非 对 称 结 构 形 式 的集 管 ， 其 喷 水 强度 相对 偏 差仍 高达 ， 尽 管低 于 无 阻尼 板 时 的偏 差 ， 但 远 远 大 于 一 道 阻尼 板 对 称 结构形 式 的偏 差 这 种 布 置 方式 的结 果 是 ， 射 流 出 口 速 度 差 异较大 ， 射 流 喷射 高度 参 差不 齐 因此 ， 在集 管 设 计 时 ， 不 仅 要 设 置 阻 尼 板 结构 ， 还 要 考 虑 合 理 的 阻 尼 板 孔 布 置 方 式 在 集 管 内设 置 多级 阻尼 板 ， 势 必 增 加 水 路 阻 力 因此 ， 为 了保证 集 管通 流 流量 ， 在 系统 设计 时应 根 据 集 管 阻 尼 情 况 ， 适 当加 大 水 箱 标 高 ， 以 补偿 集 管 阻 尼 板 带 来 的 阻 力损 失 在 设置 多级 阻 尼 的基 础 上 ， 还 以喷水 强度 偏 差最 小 为 目标 ， 以喷嘴 直 径 、 喷 嘴 间距 、 阻 尼 板 孔 径 、 阻 尼 板 孔 间距 等参数 为决 策变 量 进 行 了集 管 参 数 优 化 设计 ， 取 得 了满 意 的设 计 效 果‘，， 一 一道阻尼板对称结构 一 两道阻尼板对称结构 一 一 道阻尼板非对称结构 ︵ 一。的 · 。︾超瞥燃书日 喷 嘴序 号 图 不 同 阻 尼 板 集 管 的喷水强 度分 布 曲线 · 幻 结 语 基 于 喷 水 强 度 均 匀 分 布 的 多 级 阻 尼 集 管 设 计 技术 ， 已在 多套 中厚 板 管层 流 无 约 束 淬 火 与控 冷 系统 的集 管设计 中获得应 用 ， 集 管 喷水 强度 相 对 偏 差 小 于 ， 这 对 保 证 钢 板 冷 却 均 匀性 和 平 直 度 ， 保 证 钢 板 性 能 与质 量 是 至 关 重 要 的 参 考 文 献 朱 启 建 ， 赵 永 忠 ， 李谋 渭 中厚板 无约 束淬 火机集 管流 场 数值模拟 与参数 优 化设 冶金 设备 ， ， 王 国 强 实用 工 程 数值模 拟 技 术 及 其在 上 的 实践 【 」西 安 西 北 工 业 大 学 出版 社 ， 张 也 影 流体 力 学 北 京 高 等 教育 出版 社 ， ， 白 ， ， ， 赵 永忠 ， 朱启建 ， 李谋 渭 中厚 板 控 冷 过 程 有 限元 模 拟 及 控冷 技 术在 生 产 中的应 用 冶 金 设 备 ， ， 王 有铭 ， 李 曼 云 ， 韦光 钢 材 的控 制 轧制 与控 制 冷 却 · 北 京 冶金 工 业 出版 社 ， 朱 启 建 ， 李谋渭 ， 赵 永忠 ， 等 ， 中厚板无 约 束 淬 火 机 水 循环 系统 的动态 平 衡分 析 与 模拟 冶 金 设 备 ， ， ’ ‘ ，， · ，，， 尹，， 刀入 邵 ，，， 乙脚 矿， ， ， 毗 ， ， ， ， ， ， ， 川 田叭 ， ， ， ， ， 一